(57)【要約】【課題】  優れた振動減衰性と心地よい打音の両方を兼ね備えた複合ヘッドを提供する。【解決手段】  金属材料と炭素繊維強化プラスチックとを複合してなる中空構造のゴルフクラブヘッド１において、金属材料からなる少なくともフェース部、ソール部及びネック部を含む主本体２と、炭素繊維強化プラスチックからなる少なくともクラウン部及びバック乃至はサイド部とを含む副本体３からなり、副本体を形成する炭素繊維強化プラスチックが、少なくとも引張弾性率４５０ＧＰａ〜８５０ＧＰａの炭素繊維を用いた炭素繊維織物プリプレグシートを含む炭素繊維プリプレグシートの積層体を硬化させたものであることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料と炭素繊維強化プラスチックとを複合してなる中空構造のゴルフクラブヘッドにおいて、金属材料からなる少なくともフェース部、ソール部及びネック部を含む主本体と、炭素繊維強化プラスチックからなる少なくともクラウン部及びバック乃至はサイド部とを含む副本体からなり、副本体を形成する炭素繊維強化プラスチックが、少なくとも引張弾性率４５０ＧＰａ〜８５０ＧＰａの炭素繊維を用いた炭素繊維織物プリプレグシートを含む炭素繊維プリプレグシートの積層体を硬化させたものであることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項２】
前記炭素繊維プリプレグシートの積層体は、さらに炭素繊維を一方向に配した一方向性プリプレグシートを含むことを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項３】
前記一方向性プリプレグシートを構成する炭素繊維の引張弾性率が４５０ＧＰａ未満であることを特徴とする請求項２に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項４】
前記炭素繊維織物プリプレグシートは、３軸織物である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空構造を有するゴルフクラブヘッドに関し、さらに詳しくは、金属材料と炭素繊維強化プラスチック材料とを組み合わせて、優れた振動減衰性と心地よい打音の両方を兼ね備えたゴルフクラブヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブヘッドでは、飛距離や方向性等の性能や強度を改善すること提案が多く為されているが、これに加えて、打球時の振動を減衰することや、打球時に心地よい打音を発するようにすることも要求される。これは、メンタルスポーツでもあるゴルフでは微妙な振動や打音が結果に大きな影響を及ぼすからである。
【０００３】
従来、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる中空構造のゴルフクラブヘッドが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このようなＦＲＰ製のゴルフクラブヘッドは、振動減衰性は良いものの、打球音と飛距離の面で不利である。また、異種素材を複合してなるゴルフクラブヘッドが開示されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。しかしながら、これらゴルフクラブヘッドは振動減衰性と心地よい打音の両方を兼ね備えたものではなかった。
【０００４】
これに対して、特許文献４では、中空構造を有するゴルフクラブヘッドにおいて、ネック部、フェース部、ソール部、クラウン部及びサイド部の少なくとも１カ所に、ヘッド全体での質量比率が４％以上となるＦＲＰを使用し、残部を金属から構成したことを特徴とするクラブヘッドが開示されている。ここでは、ＦＲＰの繊維の弾性率が約２６５ＧＰａ（２７ton/mm2）未満である場合に、振動減衰性の改善効果が大きくなり、それ以上の場合に打音の改善効果が大きくなると記載されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献４には、ＦＲＰの構造について詳細な記載はなく、使用する繊維の配向方法や単繊維の長さ、太さなどの様々なファクターによってＦＲＰの特性は大きく異なるものである。
【０００６】
一方、特許文献５には、炭素繊維を所定方向に配向させた炭素繊維プリプレグシートの積層体プライを使用することが提案されている。ここでは、打撃方向に対して、０°、±４５°、９０°に繊維の方向性を使用部位に応じて決定することが開示されている。しかしながら、特許文献５には、より大きな反発係数を達成できることは記載されているものの、振動減衰性や打音について改善できることは何ら記載されていない。又、使用している炭素繊維の強度についても記載がない。
【０００７】
特許文献６は、プリプレグシートを用いたゴルフクラブヘッドの製造方法とその方法で製造されたゴルフクラブヘッドとが開示されている。ここでは、プリプレグシート材を用いて成型可能な密閉中空体を形成し、予め成型された金属材料からなる分割枠部材と接合してゴルフクラブヘッドを製造するため、密閉中空体を分割枠部材内にセットし、エアバッグを密閉中空体内にセットし、これらを合わせて金型内にセットし、プリプレグシートが硬化されるまで金型を加熱しながらエアバッグ内に空気を導入することで、密閉中空体を分割枠部材及び金型の内壁に圧着して加圧することを提案している。ここでも、使用しているプリプレグシートについて詳細な説明はなく、又、振動減衰性や打音の改善についても何ら開示されていない。
【特許文献１】特開平１１−４９１９号公報
【特許文献２】特開平５−１６８７３１号公報
【特許文献３】特開２０００−２２９１３５号公報
【特許文献４】特開２００３−１９９８４８号公報
【特許文献５】特開２００３−２４４８３号公報
【特許文献６】特開２００２−３３６３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、ＦＲＰの構造、特に、強化繊維として炭素繊維を用いたＣＦＲＰの構造とその材料について検討し、一体に成形されたＣＦＲＰ複合ゴルフヘッドによって、極めて高い振動減衰性と心地よい打音の両方を達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、金属材料と炭素繊維強化プラスチックとを複合してなる中空構造のゴルフクラブヘッドにおいて、金属材料からなる少なくともフェース部、ソール部及びネック部を含む主本体と、炭素繊維強化プラスチックからなる少なくともクラウン部及びバック乃至はサイド部とを含む副本体からなり、副本体を形成する炭素繊維強化プラスチックが、少なくとも引張弾性率４５０ＧＰａ〜８５０ＧＰａの炭素繊維を用いた炭素繊維織物プリプレグシートを含む炭素繊維プリプレグシートの積層体を硬化させたものであることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【００１０】
また、本発明では、前記炭素繊維プリプレグシートの積層体が、炭素繊維を一方向に配して樹脂を含浸させた一方向性プリプレグシートと前記炭素繊維織物プリプレグシートとの積層体であることが好ましく、一方向性プリプレグシートとして、引張弾性率４５０ＧＰａ未満の材料を使用することが好ましい。又、炭素繊維織物プリプレグシートは平織り又は３軸織りのものが好ましく、特に３軸織りのプリプレグシートが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のゴルフクラブヘッドでは、優れた振動減衰性と心地よい打音の両方を達成することが可能となる。又、使用している材料が高弾性であるために歪みが少なく、エネルギーロスも最小となり、飛距離も向上する。又、３軸織物を使用することにより、さらに打感に優れ、方向性も向上したものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
前述の通り、特許文献４等では、ＦＲＰの繊維の弾性率が約２６５ＧＰａ（２７ton/mm2）未満である場合、すなわち、柔軟性の高い材料を用いることによって、振動減衰性が改善されると考えられていた。しかしながら、本発明者らの検討によれば、炭素繊維を用いる場合は引張弾性率の高い織物を用いたプリプレグシートの積層物を用いることによって、振動減衰性が飛躍的に改善でき、又打音も向上することが確認された。
【００１３】
本発明では、金属材料を用いて少なくともフェース部、ソール部およびネック部を構成する主本体と、クラウン部およびバック部および／またはサイド部とを構成する炭素繊維積層体からなる副本体とを組み合わせることによって、高い振動減衰性と心地よい打音の両方を同時に達成することができる。
【００１４】
図１は、本発明のゴルフクラブヘッド１の例を示す図であり、白地の部分が金属材料からなる主本体２，ハッチングされた部分が炭素繊維強化プラスチックからなる副本体３である。図２は、主本体２を示しており、フェース部２１，ネック部２２，ソール部２３を含み、所望により、クラウン部の一部やサイド部の一部も金属材料で構成しても良いが、全ての部分に金属材料が使用されるものではなく、炭素繊維強化プラスチック単独からなる部分を残すものである。フェース部２１は、ゴルフボールの打面となり、通常、鍛造した金属材料を使用するのが好ましい。また、その他の部分は鋳造により所定の形状に成型し、そこに鍛造したフェース部を溶接等により接合して、主本体１が形成される。又、主本体１を全て鋳造によって製造しても良い。金属材料としては、チタンやステンレスなどが使用でき、特に軽量で強度の高いチタンが好ましく使用される。
【００１５】
炭素繊維強化プラスチックからなる副本体３は、少なくともゴルフクラブヘッドを構成するにあたり、前記主本体の占有していない部分、すなわち、少なくともクラウン部、バック又はサイド部を構成している。本発明の特徴は、この炭素繊維強化プラスチックを、少なくとも前記所定の引張弾性率を有する炭素繊維織物プリプレグシートを含む炭素繊維プリプレグシートの積層体を硬化させたものを使用している点にある。ここで「炭素繊維織物」とは、炭素繊維を少なくとも経糸と緯糸とする織物であり、平織り、綾織り、開繊織り、さらに３軸織り（一方向の経糸（０°方向）に対して２本の緯糸（経糸に対してそれぞれ±６０°）を有するもの）などがあり、平織り、開繊織り、３軸織りが好ましく、特に開繊織り、３軸織りが好ましい。
【００１６】
炭素繊維は、その原料からＰＡＮ系（ポリアクリロニトリルを原料）とピッチ系（石油・石炭ピッチを原料）とに大別されるが、本発明で使用する炭素繊維織物には、引張弾性率の高いものを使用することからピッチ系の炭素繊維を用いるのが好ましい。ここで用いられる炭素繊維の引張弾性率は、４５０ＧＰａ〜８５０ＧＰａ、好ましくは４９０ＧＰａ〜７９０ＧＰａのものが好ましい。引張弾性率が４５０ＧＰａ未満では、本発明の所期の目的とする振動減衰性や打音の改善効果が十分でなく、８５０ＧＰａを超えると、積層や成形が困難となる。なお、従来、意匠性を改良する目的で最外層に織物を配しているものがあるが、これらは振動減衰性や打音の改善を明確に意図したものではなく、使用している炭素繊維の引張弾性率を規定するものではないので、本発明とは異なるものである。
【００１７】
このような炭素繊維織物に熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂等を含浸することで、炭素繊維織物プリプレグが得られる。
【００１８】
炭素繊維プリプレグシートの積層体は、少なくとも１層のプリプレグシートとして前記所定の引張弾性率を有する炭素繊維織物プリプレグシートを使用したものであり、全ての層が炭素繊維織物プリプレグシートであってもよい。他の炭素繊維プリプレグシートを組み合わせる場合、他の炭素繊維プリプレグシートとしては、前記炭素繊維織物よりも引張弾性率の低い炭素繊維を用いた織物や、短軸の炭素繊維をランダムに配向したものや、炭素繊維を一方向に配した一方向性プリプレグシート等が挙げられるが、一方向性プリプレグシートを用いるのが好ましい。他の炭素繊維プリプレグシートに用いる炭素繊維については、その引張弾性率はいかなるものでも良いが、織物プリプレグシートに用いる炭素繊維よりも引張弾性率の低いものを用いると好ましい結果が得られる場合が多い。特に、引張弾性率４５０ＧＰａ未満の炭素繊維からなる一方向性プリプレグシートを用いるのが好ましい。
【００１９】
積層体の積層数は、使用するプリプレグシートの厚みにより一概に限定されるものではないが、成形後の厚みが０．５〜２ｍｍ、好ましくは、０．５〜１ｍｍ程度の厚みになるように積層する。通常は、４〜１０層程度の積層体とする。
【００２０】
ゴルフクラブの成型方法としては、金属材料からなる主本体と炭素繊維プリプレグシートを合わせて金型内に設置し、内圧を掛けて炭素繊維強化プラスチックへの硬化と副本体と主本体との接合を同時に行う一体成型法（例えば、前記特許文献５、６に開示の方法）や、炭素繊維強化プラスチックからなる副本体を別途形成して、接着剤等により主本体に接合する方法などが使用できるが、後者の方法では、特許文献６でも問題視されているように、その接合に熟練を要し、接着剤を全ての接合界面に十分に充填できないことが起こりやすく本発明の効果を損ねる場合があるため、前者の一体成型法を用いるのが好ましい。又、その場合、特許文献６に開示されるようなフェースの裏面にまでプリプレグシートを張ると、打音が鈍くなる場合がある。好ましくは、図３に示すように、主本体２との接合部（３１，３２）において、主本体２のエッジ部をプリプレグシート積層体３’で挟み込むようにし、これに内圧を掛けて金型内で熱硬化させるのが好ましい。
【００２１】
金型から取り出した後、表面に研削や研磨などの仕上げ処理を施したり、コーティング処理、彩色処理、装飾処理等を施したりして、商品価値のあるゴルフクラブヘッドができあがる。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例を参照して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２３】
使用した材料
◎プリプレグＡ：引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維（商品名：Ｔ７００  東レ（株）製）にエポキシ樹脂を含浸させた一方向性プリプレグシート  シート総重量  178g／m2
◎プリプレグＢ：引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維からなる平織物（商品名  東レCO6343）にエポキシ樹脂を含浸させた織物プリプレグシート  シート総重量  341g/m2
◎プリプレグＣ：引張弾性率５００ＧＰａのピッチ系炭素繊維の開繊織物（商品名：PF(S)-YSH50A-75）にエポキシ樹脂を含浸させた織物プリプレグシート  シート総重量  125ｇ／m2
◎プリプレグＤ：引張弾性率５００ＧＰａのピッチ系炭素繊維を用いた３軸織物（商品名：SK906 （株）サカセアドテック）にエポキシ樹脂を含浸させた３軸織物プリプレグシート  シート総重量260g/m2
【００２４】
（１）ヘッドの成形
ヘッド主本体に、フェース面に鍛造チタンを配したチタン製のものを用い、副本体に使用する炭素繊維プリプレグシートとして、下記表１のとおりプリプレグＡ〜Ｄの使用する割合を変更させて、前記図３に示すように主本体のエッジ部を挟み込むように取付、内圧一体成型法により、チタン・ＣＦＲＰの複合ヘッドを得た。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
（２）減衰性能比較
（１）で得られた各複合ヘッドにシャフトを装着し、試打ロボットにおいてフェース面センターを打撃した時に、図１のＡ、Ｂ、Ｃの位置の変形量の時間的変化を動ひずみ計により測定した。結果を図４に示す。
【００２７】
打撃直後からのひずみ変化（Ａ〜Ｃの平均値）を比較すると、実施例１，２は比較例１に比べ明らかにひずみの減衰能が高いことがわかる。
【００２８】
（３）打撃音の比較
また、ゴルフクラブを１０名のゴルファーによる試打を通じて打音を評価した結果、表２に示すように、比較例１を100とした場合、実施例１および実施例２についていずれも向上しており、良好という評価が得られた。さらに、実施例１，２のゴルフクラブヘッドでは、平均的に飛距離が伸び、又、実施例２のゴルフクラブヘッドでは打感や方向性も向上すると評価された。これは引張弾性率の高い炭素繊維を使用することにより、歪みが少なく抑えられ、エネルギーロスが減少したためと考えられる。さらに実施例２では３軸織物を使用したことにより物性がより均一となり、その結果、打感や方向性の向上につながったものと考えられる。
【００２９】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のゴルフクラブヘッドの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明で使用する主本体となる金属部の一例を示す斜視図である。
【図３】主本体と副本体の接合方法を説明する断面図である。
【図４】実施例及び比較例で得られたヘッドの減衰性能を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１  ゴルフクラブヘッド
２  主本体
２１  フェース部
２２  ネック部
２３  ソール部
３  副本体
３１，３２  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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